109. 数字三角形

描述

给定一个数字三角形，找到从顶部到底部的最小路径和。每一步可以移动到下面一行的相邻数字上。

注意事项

如果你只用额外空间复杂度O(n)的条件下完成可以获得加分，其中n是数字三角形的总行数。

样例

比如，给出下列数字三角形：

[
     [2],
    [3,4],
   [6,5,7],
  [4,1,8,3]
]

从顶到底部的最小路径和为11 ( 2 + 3 + 5 + 1 = 11)。

代码

1. 自底向上

public class Solution {
    /**
     * @param triangle: a list of lists of integers.
     * @return: An integer, minimum path sum.
     */
    public int minimumTotal(int[][] triangle) {
        if (triangle == null || triangle.length == 0) {
            return -1;
        }
        if (triangle[0] == null || triangle[0].length == 0) {
            return -1;
        }
        
        // state: f[x][y] = minimum path value from x,y to bottom
        int n = triangle.length;
        int[][] f = new int[n][n];
        
        // initialize 
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            f[n - 1][i] = triangle[n - 1][i];
        }
        
        // bottom up
        for (int i = n - 2; i >= 0; i--) {
            for (int j = 0; j <= i; j++) {
                f[i][j] = Math.min(f[i + 1][j], f[i + 1][j + 1]) + triangle[i][j];
            }
        }
        
        // answer
        return f[0][0];
    }
}

2. 自顶向下

public class Solution {
    /**
     * @param triangle: a list of lists of integers.
     * @return: An integer, minimum path sum.
     */
    public int minimumTotal(int[][] triangle) {
        if (triangle == null || triangle.length == 0) {
            return -1;
        }
        if (triangle[0] == null || triangle[0].length == 0) {
            return -1;
        }
        
        // state: f[x][y] = minimum path value from 0,0 to x,y
        int n = triangle.length;
        int[][] f = new int[n][n];
        
        // initialize 
        f[0][0] = triangle[0][0];
        // 不下面放到一起的原因是最边缘的两点的上一个点只有一个
        // 若用Math.min公式，括号里面多出来的那个原本不存在的点必然是越界点
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            f[i][0] = f[i - 1][0] + triangle[i][0];
            f[i][i] = f[i - 1][i - 1] + triangle[i][i];
        }
        
        // top down
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            for (int j = 1; j < i; j++) {
                f[i][j] = Math.min(f[i - 1][j], f[i - 1][j - 1]) + triangle[i][j];
            }
        }
        
        // answer
        int best = f[n - 1][0];
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            best = Math.min(best, f[n - 1][i]);
        }
        return best;
    }
}

3. 记忆搜索(递归+hash表去重)

public class Solution {
    private int n;
    private int[][] minSum;
    private int[][] triangle;

    private int search(int x, int y) {
        if (x >= n) {
            return 0;
        }
        
        // 满足 if 条件证明当前点之后的计算已经计算过了
        if (minSum[x][y] != Integer.MAX_VALUE) {
            return minSum[x][y];
        }

        minSum[x][y] = Math.min(search(x + 1, y), search(x + 1, y + 1))
            + triangle[x][y];
        return minSum[x][y];
    }

    public int minimumTotal(int[][] triangle) {
        if (triangle == null || triangle.length == 0) {
            return -1;
        }
        if (triangle[0] == null || triangle[0].length == 0) {
            return -1;
        }
        
        this.n = triangle.length;
        this.triangle = triangle;
        this.minSum = new int[n][n];

        // 给每一个位置赋初值Integer.MAX_VALUE
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                minSum[i][j] = Integer.MAX_VALUE;
            }
        }

        return search(0, 0);
    }
} 

遍历三角形内部点的方向有两个：左上和右上，使用递归的话就会造成左上计算过这个点，右上又重新计算了一次，会出现大量的重复运算，时间复杂度呈指数级别；
而记忆搜索的好处是用hash表给递归加了一个眼睛，如果当前点已经计算过了，就不再重复进行计算，优化时间复杂度为O(n^2)。
但一般动态规划都用多重循环的方式来做，也就有了上面两种做法